مشخصات فنی ال‌ای‌دی زرد پخش‌شونده SMD با ماده AlInGaP - زاویه دید ۱۲۰ درجه - ولتاژ مستقیم ۱.۸ تا ۲.۴ ولت - اتلاف توان ۷۲ میلی‌وات - برگه اطلاعات فنی فارسی

۱. مرور کلی محصول

این سند مشخصات یک دیود نورافشان نصب‌سطحی (SMD) را تشریح می‌کند که از ماده نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) برای تولید نور زرد پخش‌شونده استفاده می‌کند. این قطعه برای مونتاژ خودکار برد مدار چاپی (PCB) طراحی شده و با ابعاد بسیار کوچک خود، برای کاربردهای با محدودیت فضایی در طیف گسترده‌ای از تجهیزات الکترونیکی مناسب است.

۱.۱ مزایای اصلی و بازار هدف

مزایای اصلی این ال‌ای‌دی شامل مطابقت با دستورالعمل‌های محدودیت مواد خطرناک (RoHS)، سازگاری با تجهیزات خودکار Pick-and-Place و مناسب بودن برای فرآیندهای لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز است. این قطعه بر روی قرقره‌های ۷ اینچی در نوار استاندارد صنعتی ۸ میلی‌متری عرضه می‌شود که تولید انبوه را تسهیل می‌کند. قطعه از پیش مطابق با استاندارد حساسیت رطوبتی JEDEC Level 3 شرط‌دهی شده است. کاربردهای هدف آن شامل زیرساخت‌های مخابراتی، تجهیزات اتوماسیون اداری، لوازم خانگی، پنل‌های کنترل صنعتی و تابلوهای داخلی است. کاربردهای خاص شامل نشانگرهای وضعیت، روشنایی نمادین و نور پس زمینه پنل جلویی می‌شود.

۲. تحلیل عمیق پارامترهای فنی

درک جامع از محدودیت‌های عملکردی دستگاه و عملکرد آن در شرایط استاندارد، برای طراحی مدار قابل اعتماد حیاتی است.

۲.۱ مقادیر حداکثر مطلق

این مقادیر محدودیت‌های تنش را تعریف می‌کنند که فراتر از آن ممکن است آسیب دائمی به دستگاه وارد شود. عملکرد در این محدودیت‌ها یا نزدیک به آن تضمین نمی‌شود. تمام مقادیر در دمای محیط (Ta) ۲۵ درجه سلسیوس مشخص شده‌اند.

• اتلاف توان (Pd):۷۲ میلی‌وات. این حداکثر توان مجازی است که دستگاه می‌تواند به صورت حرارت تلف کند.
• جریان مستقیم پیک (I_F(peak)):۸۰ میلی‌آمپر. این جریان تنها در شرایط پالسی با چرخه کاری ۱/۱۰ و عرض پالس ۰.۱ میلی‌ثانیه مجاز است.
• جریان مستقیم پیوسته (I_F):۳۰ میلی‌آمپر DC. این حداکثر جریان توصیه‌شده برای کارکرد پیوسته است.
• محدوده دمای کاری:۴۰- درجه تا ۸۵+ درجه سلسیوس.
• محدوده دمای نگهداری:۴۰- درجه تا ۱۰۰+ درجه سلسیوس.

۲.۲ مشخصات الکتریکی و نوری

این پارامترها عملکرد معمول دستگاه را در شرایط کاری عادی تعریف می‌کنند و در Ta=25°C و جریان تست (I_F) 20mA اندازه‌گیری شده‌اند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

• شدت نور (I_V):از حداقل ۱۴۰.۰ میلی‌کاندلا تا حداکثر ۴۵۰.۰ میلی‌کاندلا متغیر است. مقدار معمول در این محدوده قرار دارد. شدت نور با استفاده از ترکیب سنسور و فیلتری اندازه‌گیری می‌شود که منحنی پاسخ چشم فوتوپیک (CIE) را تقریب می‌زند.
• زاویه دید (2θ_1/2):۱۲۰ درجه (معمول). این زاویه دید گسترده، که به عنوان زاویه کامل‌ای تعریف می‌شود که در آن شدت نور به نصف مقدار محوری خود کاهش می‌یابد، نتیجه لنز پخش‌شونده است و الگوی روشنایی وسیع و یکنواختی را فراهم می‌کند که برای کاربردهای نشانگر مناسب است.
• طول موج تابش پیک (λ_P):تقریباً ۵۹۲ نانومتر (معمول). این طول‌موجی است که در آن توزیع توان طیفی به حداکثر خود می‌رسد.
• طول موج غالب (λ_d):بین ۵۸۴.۵ نانومتر تا ۵۹۴.۵ نانومتر مشخص شده است. این طول موج واحدی است که توسط چشم انسان برای تعریف رنگ (زرد) درک می‌شود و از مختصات رنگی CIE مشتق شده است.
• نیم‌عرض خط طیفی (Δλ):تقریباً ۱۵ نانومتر (معمول). این نشان‌دهنده خلوص طیفی یا پهنای باند نور ساطع شده است.
• ولتاژ مستقیم (V_F):در جریان ۲۰ میلی‌آمپر از ۱.۸ ولت (حداقل) تا ۲.۴ ولت (حداکثر) متغیر است. مقدار معمول در این محدوده قرار دارد. این پارامتر برای طراحی درایور و انتخاب منبع تغذیه حیاتی است.
• جریان معکوس (I_R):حداکثر ۱۰ میکروآمپر هنگامی که ولتاژ معکوس (V_R) ۵ ولت اعمال شود. توجه به این نکته حیاتی است که دستگاه برای کار در بایاس معکوس طراحی نشده است؛ این شرایط تست تنها برای مشخصه‌یابی است.

۳. توضیح سیستم باینینگ

برای اطمینان از ثبات در تولید و امکان انتخاب ال‌ای‌دی‌هایی با مشخصات کاملاً گروه‌بندی شده توسط طراحان، قطعات بر اساس پارامترهای کلیدی در سطل‌های مختلف (باین) دسته‌بندی می‌شوند.

۳.۱ باینینگ ولتاژ مستقیم (V_f)

واحدها بر حسب ولت (V) و در I_F= 20mA اندازه‌گیری شده‌اند. تلرانس هر باین ±۰.۱ ولت است.

• باین D2:۱.۸ ولت (حداقل) تا ۲.۰ ولت (حداکثر)
• باین D3:۲.۰ ولت (حداقل) تا ۲.۲ ولت (حداکثر)
• باین D4:۲.۲ ولت (حداقل) تا ۲.۴ ولت (حداکثر)

۳.۲ باینینگ شدت نور (I_V)

واحدها بر حسب میلی‌کاندلا (mcd) و در I_F= 20mA اندازه‌گیری شده‌اند. تلرانس هر باین ±۱۱٪ است.

• باین R2:۱۴۰.۰ mcd تا ۱۸۰.۰ mcd
• باین S1:۱۸۰.۰ mcd تا ۲۲۴.۰ mcd
• باین S2:۲۲۴.۰ mcd تا ۲۸۰.۰ mcd
• باین T1:۲۸۰.۰ mcd تا ۳۵۵.۰ mcd
• باین T2:۳۵۵.۰ mcd تا ۴۵۰.۰ mcd

۳.۳ باینینگ طول موج غالب (W_d)

واحدها بر حسب نانومتر (nm) و در I_F= 20mA اندازه‌گیری شده‌اند. تلرانس هر باین ±۱ نانومتر است.

• باین H:۵۸۴.۵ نانومتر تا ۵۸۷.۰ نانومتر
• باین J:۵۸۷.۰ نانومتر تا ۵۸۹.۵ نانومتر
• باین K:۵۸۹.۵ نانومتر تا ۵۹۲.۰ نانومتر
• باین L:۵۹۲.۰ نانومتر تا ۵۹۴.۵ نانومتر

۴. تحلیل منحنی‌های عملکرد

برگه اطلاعات شامل منحنی‌های مشخصه معمول است که رابطه بین پارامترهای مختلف را نشان می‌دهد. این منحنی‌ها برای درک رفتار دستگاه در شرایط غیراستاندارد ضروری هستند.

۴.۱ مشخصه جریان در مقابل ولتاژ (I-V)

این منحنی رابطه بین ولتاژ مستقیم (V_F) و جریان مستقیم (I_F) را نشان می‌دهد. برای ال‌ای‌دی‌های AlInGaP، این منحنی معمولاً نمایی است. طراحان از این منحنی برای تعیین ولتاژ راه‌اندازی لازم برای جریان کاری مورد نظر و محاسبه اتلاف توان (P_d= V_F* I_F) استفاده می‌کنند.

۴.۲ شدت نور در مقابل جریان مستقیم

این نمودار نشان می‌دهد که چگونه خروجی نور (I_V) با جریان راه‌اندازی (I_F) تغییر می‌کند. این رابطه در محدوده کاری توصیه شده عموماً خطی است اما در جریان‌های بالاتر اشباع می‌شود. این نمودار برای طراحی مدارهایی که کنترل روشنایی از طریق جریان مورد نیاز است، حیاتی است.

۴.۳ وابستگی به دما

منحنی‌هایی که تغییرات ولتاژ مستقیم و شدت نور را با دمای محیط نشان می‌دهند، معمولاً گنجانده شده‌اند. شدت نور عموماً با افزایش دمای پیوند کاهش می‌یابد، در حالی که ولتاژ مستقیم کاهش می‌یابد. این اطلاعات برای کاربردهایی که در محیط‌های با دمای شدید کار می‌کنند، حیاتی است.

۵. اطلاعات مکانیکی و بسته‌بندی

۵.۱ ابعاد بسته‌بندی و قطبیت

دستگاه مطابق با طرح کلی بسته‌بندی استاندارد صنعتی SMD است. نقشه‌های مکانیکی دقیق، طول، عرض، ارتفاع، فاصله پایه‌ها و تلرانس کلی (معمولاً ±۰.۲ میلی‌متر) را مشخص می‌کنند. بسته‌بندی دارای یک لنز پخش‌شونده برای دستیابی به زاویه دید مشخص شده ۱۲۰ درجه است. قطبیت توسط علامت کاتد یا یک هندسه پد خاص در نقشه جایگیری دستگاه نشان داده می‌شود.

۵.۲ طرح‌ریزی پیشنهادی پد اتصال PCB

یک طرح الگوی لند ارائه شده است تا اطمینان حاصل شود که لحیم‌کاری قابل اعتماد و مدیریت حرارتی مناسب انجام می‌شود. این شامل ابعاد و فاصله پیشنهادی پد لحیم برای جلوگیری از پل زدن لحیم و اطمینان از اتصال مکانیکی قوی در طول فرآیندهای ریفلو است.

۶. دستورالعمل‌های لحیم‌کاری و مونتاژ

۶.۱ پروفیل لحیم‌کاری ریفلو مادون قرمز

یک پروفیل دمایی پیشنهادی مطابق با J-STD-020B برای فرآیندهای لحیم‌کاری بدون سرب (Pb-free) ارائه شده است. پارامترهای کلیدی شامل:

• دمای پیش‌گرم:۱۵۰ درجه تا ۲۰۰ درجه سلسیوس.
• زمان پیش‌گرم:حداکثر ۱۲۰ ثانیه.
• دمای پیک:حداکثر ۲۶۰ درجه سلسیوس.
• زمان بالاتر از نقطه مایع:حداکثر ۱۰ ثانیه (توصیه می‌شود از دو چرخه ریفلو تجاوز نکند).

تأکید شده است که پروفیل بهینه به طراحی خاص PCB، خمیر لحیم و کوره بستگی دارد و باید بر این اساس مشخصه‌یابی شود.

۶.۲ لحیم‌کاری دستی

در صورت لزوم لحیم‌کاری دستی، باید محدودیت‌های زیر رعایت شود:

• دمای هویه:حداکثر ۳۰۰ درجه سلسیوس.
• زمان لحیم‌کاری:حداکثر ۳ ثانیه برای هر اتصال. این کار باید فقط یک بار انجام شود.

۶.۳ شرایط نگهداری و جابجایی

نگهداری مناسب برای جلوگیری از جذب رطوبت که می‌تواند در حین ریفلو باعث "ترکیدن" (ترک خوردن بسته) شود، حیاتی است.

• بسته مهر و موم شده:در دمای ≤۳۰ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی (RH) ≤۷۰٪ نگهداری شود. ظرف یک سال استفاده شود.
• بسته باز شده:در دمای ≤۳۰ درجه سلسیوس و رطوبت نسبی (RH) ≤۶۰٪ نگهداری شود. قطعات باید ظرف ۱۶۸ ساعت (۷ روز) پس از قرار گرفتن در معرض هوا، ریفلو شوند. برای نگهداری طولانی‌تر، از یک ظرف درب‌دار با ماده خشک‌کن یا یک دسیکاتور نیتروژن استفاده کنید.
• پخت:اگر بیش از ۱۶۸ ساعت در معرض هوا قرار گرفته‌اند، قبل از مونتاژ به مدت حداقل ۴۸ ساعت در دمای تقریباً ۶۰ درجه سلسیوس پخت شوند تا رطوبت آن‌ها خارج شود.

۶.۴ تمیزکاری

در صورت نیاز به تمیزکاری پس از لحیم‌کاری، فقط از حلال‌های مشخص شده استفاده کنید. غوطه‌وری در اتانول یا ایزوپروپیل الکل در دمای اتاق به مدت کمتر از یک دقیقه توصیه می‌شود. مواد شیمیایی نامشخص ممکن است به بسته ال‌ای‌دی آسیب برسانند.

۷. ملاحظات طراحی کاربردی

۷.۱ روش راه‌اندازی

ال‌ای‌دی‌ها دستگاه‌های جریان‌محور هستند. برای اطمینان از روشنایی یکنواخت هنگام راه‌اندازی چندین ال‌ای‌دی، باید آن‌ها را به صورت سری با یک مقاومت محدودکننده جریان یا ترجیحاً توسط یک منبع جریان ثابت راه‌اندازی کرد. اتصال مستقیم ال‌ای‌دی‌ها به صورت موازی به دلیل تغییرات در ولتاژ مستقیم (V_F) توصیه نمی‌شود، زیرا می‌تواند منجر به عدم تعادل جریان قابل توجه و روشنایی ناهموار شود.

۷.۲ مدیریت حرارتی

اگرچه اتلاف توان نسبتاً کم است (حداکثر ۷۲ میلی‌وات)، طراحی حرارتی مناسب روی PCB همچنان مهم است، به ویژه هنگام کار در دمای محیط بالا یا نزدیک به حداکثر جریان. دمای پیوند بیش از حد، خروجی نور را کاهش داده و طول عمر دستگاه را کوتاه می‌کند. اطمینان از مساحت کافی مس در اطراف پدهای لحیم به دفع حرارت کمک می‌کند.

۷.۳ احتیاط‌های کاربردی

این محصول برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی تجاری و صنعتی استاندارد در نظر گرفته شده است. برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان استثنایی دارند یا خرابی می‌تواند ایمنی را به خطر بیندازد، مانند سیستم‌های هوانوردی، پشتیبانی حیات پزشکی یا کنترل حمل و نقل، مشاوره ویژه مورد نیاز است. طراحان باید به تمام مقادیر حداکثر مطلق و شرایط کاری توصیه شده پایبند باشند.

۸. مشخصات بسته‌بندی و قرقره

ال‌ای‌دی‌ها در نوار حامل برجسته ۸ میلی‌متری که با نوار پوششی مهر و موم شده است، عرضه می‌شوند و بر روی قرقره‌های به قطر ۷ اینچ (۱۷۸ میلی‌متر) پیچیده شده‌اند. هر قرقره حاوی ۲۰۰۰ قطعه است. بسته‌بندی مطابق با مشخصات ANSI/EIA-481 است. جزئیات ابعادی کلیدی برای جیب نوار و مرکز/فلنج قرقره ارائه شده است تا سازگاری با تجهیزات مونتاژ خودکار تضمین شود.

۹. مقایسه و تمایز فنی

متمایزکننده‌های کلیدی این ال‌ای‌دی زرد AlInGaP، ترکیب زاویه دید گسترده ۱۲۰ درجه (که توسط لنز پخش‌شونده امکان‌پذیر شده) و ویژگی‌های رنگی خاص سیستم ماده AlInGaP است که معمولاً در مقایسه با برخی فناوری‌های دیگر تابش زرد، بازده نوری بالا و پایداری رنگی خوبی را در دما و جریان ارائه می‌دهد. ساختار باینینگ دقیق برای V_F, I_V و λ_d امکان انتخاب دقیق در کاربردهای حساس به رنگ یا روشنایی را فراهم می‌کند.

۱۰. پرسش‌های متداول (بر اساس پارامترهای فنی)

۱۰.۱ تفاوت بین طول موج پیک و طول موج غالب چیست؟

طول موج پیک (λ_P) طول موج فیزیکی است که در آن ال‌ای‌دی بیشترین توان نوری را ساطع می‌کند. طول موج غالب (λ_d) یک مقدار محاسبه‌شده بر اساس ادراک رنگ انسان (مختصات CIE) است و نشان‌دهنده طول موج واحد رنگ طیفی خالصی است که با رنگ درک شده ال‌ای‌دی مطابقت دارد. برای اهداف طراحی، طول موج غالب برای مشخصه‌یابی رنگ مرتبط‌تر است.

۱۰.۲ آیا می‌توانم این ال‌ای‌دی را به طور پیوسته با جریان ۳۰ میلی‌آمپر راه‌اندازی کنم؟

بله، ۳۰ میلی‌آمپر DC حداکثر جریان مستقیم پیوسته مجاز است. با این حال، برای طول عمر و قابلیت اطمینان بهینه، اغلب توصیه می‌شود زیر حداکثر مطلق کار کند، به عنوان مثال، در جریان تست معمول ۲۰ میلی‌آمپر. جریان راه‌اندازی واقعی باید بر اساس روشنایی مورد نیاز و شرایط حرارتی کاربرد تعیین شود.

۱۰.۳ چرا محدودیت زمانی سخت‌گیرانه‌ای برای ریفلو پس از باز کردن بسته وجود دارد؟

بسته‌های SMD می‌توانند رطوبت را از جو جذب کنند. در طول فرآیند لحیم‌کاری ریفلو با دمای بالا، این رطوبت به دام افتاده می‌تواند به سرعت تبخیر شود و فشار داخلی ایجاد کند که ممکن است بسته را ترک دهد یا رابط‌های داخلی را جدا کند - شکستی که به "ترکیدن" معروف است. عمر مفید ۱۶۸ ساعته حداکثر زمان قرارگیری توصیه‌شده است که در آن این خطر مدیریت می‌شود، با فرض نگهداری در محدوده دمایی و رطوبتی مشخص شده.

۱۱. مطالعه موردی طراحی و کاربرد

سناریو: طراحی یک پنل وضعیت چند نشانگر برای یک روتر شبکه.پنل نیاز به چندین ال‌ای‌دی وضعیت زرد دارد که به طور یکنواخت روشن باشند. طراح ال‌ای‌دی‌هایی را از یک باین شدت نور یکسان (مثلاً باین T1: ۲۸۰-۳۵۵ mcd) انتخاب می‌کند تا حداقل تغییرات بصری را تضمین کند. برای ساده‌سازی طراحی منبع تغذیه، ال‌ای‌دی‌هایی از یک باین ولتاژ مستقیم محدودتر (مثلاً باین D3: ۲.۰-۲.۲ ولت) انتخاب می‌شوند. ال‌ای‌دی‌ها در یک پیکربندی رشته‌ای سری از یک ریل ۱۲ ولتی با استفاده از یک درایور جریان ثابت تنظیم شده روی ۲۰ میلی‌آمپر راه‌اندازی می‌شوند که جریان یکسان از هر ال‌ای‌دی و تطابق کامل روشنایی را تضمین می‌کند. زاویه دید گسترده ۱۲۰ درجه تضمین می‌کند که نشانگرها از زوایای مختلف در یک محیط اداری به وضوح قابل مشاهده باشند. طرح‌ریزی PCB شامل هندسه پد توصیه‌شده و یک اتصال تسکین حرارتی کوچک به یک صفحه زمین برای دفع حرارت است.

۱۲. اصل عملکرد

این ال‌ای‌دی بر اساس یک ساختار ناهمگون نیمه‌هادی فسفید آلومینیوم ایندیم گالیم (AlInGaP) است. هنگامی که یک ولتاژ بایاس مستقیم بیش از انرژی شکاف باند ماده اعمال می‌شود، الکترون‌ها و حفره‌ها به ناحیه فعال تزریق می‌شوند که در آنجا به صورت تابشی بازترکیب می‌شوند. انرژی آزاد شده در طول این بازترکیب با فوتون‌ها در محدوده طول موج زرد (تقریباً ۵۹۰ نانومتر) مطابقت دارد. لنز اپوکسی پخش‌شونده که تراشه نیمه‌هادی را محصور می‌کند، نور ساطع شده را پراکنده می‌کند و الگوی تابش را از یک پرتو باریک به زاویه دید مشخص شده ۱۲۰ درجه گسترش می‌دهد و ظاهری پخش‌شونده و یکنواخت‌تر ایجاد می‌کند که برای کاربردهای نشانگر مناسب است.

۱۳. روندهای فناوری

فناوری ال‌ای‌دی نصب‌سطحی همچنان به سمت بازدهی بالاتر، اندازه بسته‌بندی کوچک‌تر و بهبود رندر رنگ در حال تکامل است. در حالی که AlInGaP همچنان یک ماده غالب برای ال‌ای‌دی‌های قرمز، نارنجی و زرد با بازده بالا باقی مانده است، تحقیقات جاری بر بهینه‌سازی ساختارهای اپیتاکسیال و سیستم‌های فسفر برای پیشبرد بیشتر محدودیت‌های بازدهی متمرکز است. روندهای بسته‌بندی شامل طراحی‌های بهبودیافته مدیریت حرارتی در همان ابعاد و توسعه پروفیل‌های حتی نازک‌تر برای الکترونیک مصرفی فوق باریک است. تلاش برای اتوماسیون و قابلیت اطمینان همچنان به اصلاح استانداردهای بسته‌بندی نوار و قرقره و سازگاری لحیم‌کاری ریفلو ادامه می‌دهد.